靜電紡絲法制備聚酰亞胺鋰離子電池隔膜的研究.pdf

1、鋰離子電池作為一種高能量綠色二次電池，已廣泛應(yīng)用于智能移動(dòng)設(shè)備、混合動(dòng)力汽車、電動(dòng)車、太陽能發(fā)電系統(tǒng)等新能源領(lǐng)域。這些領(lǐng)域不僅要求電池具有高能量、功率密度，對(duì)電池的安全性要求也越來越高。而隔膜是影響并決定鋰離子電池電化學(xué)性能和安全性的重要因素，因此，開發(fā)出具有高電化學(xué)性和安全性的隔膜將有助于促進(jìn)鋰離子電池在更多高科技領(lǐng)域的應(yīng)用。聚酰亞胺由于具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和電化學(xué)性能而廣泛地應(yīng)用在鋰離子電池正、負(fù)極材料上，并顯著提高了電池的電化學(xué)和安

2、全性能。
　　本文采用靜電紡絲和熱亞胺化處理制備耐高溫PI膜和PI/P(VDF-HFP)/PI三層復(fù)合膜，并對(duì)隔膜的各項(xiàng)物理機(jī)械性能（如表面形貌、力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性、透氣性、吸液率、孔隙率）、電解液浸潤隔膜的電化學(xué)性能（離子電導(dǎo)率、電化學(xué)穩(wěn)定窗口、與鋰金屬電極的界面穩(wěn)定性）、隔膜組裝電池的充放電循環(huán)和倍率性能等進(jìn)行全面測(cè)試分析。
　　本文研究得出在最佳紡絲工藝參數(shù)（紡絲液濃度18wt％、紡絲電壓18kV、紡絲速率0.5ml/

3、h、接收距離20cm）下制備的PI納米纖維膜的表面形貌良好，纖維均勻分布，平均直徑在200～300nm內(nèi)，斷裂強(qiáng)度達(dá)到34MPa，斷裂伸長率約為18％，透氣率為880mm/s，孔隙率高達(dá)92％，吸液率達(dá)到1262％，均優(yōu)于商業(yè)用Celgard2400隔膜;三層復(fù)合膜的中間層P(VDF-HFP)膜厚約7μm，斷裂強(qiáng)度(26MPa)相對(duì)純PI略有降低，但伸長率(24％)有所增大，說明P(VDF-HFP)層賦予復(fù)合膜一定柔韌性，可減少電池安全

4、隱患，孔隙率和吸液率均介于P(VDF-HFP)和PI膜之間。PI膜在550℃才開始分解，170℃下無收縮，三層復(fù)合膜僅發(fā)生很小收縮，遠(yuǎn)小于P(VDF-HFP)膜;而170℃處理的P(VDF-HFP)膜中有部分纖維發(fā)生熔融，說明復(fù)合膜具有很好的熱穩(wěn)定和熱閉合性能。
　　兩種隔膜均具有優(yōu)越的離子電導(dǎo)率和界面穩(wěn)定性，PI膜的電化學(xué)穩(wěn)定窗口高達(dá)5.7V，三層復(fù)合膜達(dá)到5.3V;在2.8～4.2V和2.8～4.4V充放電截止電壓下，PI膜的